【技术汇】浮法玻璃窑炉用燃料及其烟气污染物排放特性与治理技术分析

浮法玻璃制造业是一个高能耗行业，在生产过程中使用大量气体燃料、液体燃料、固体粉状燃料。目前，玻璃窑炉使用的主要燃料有天然气、发生炉煤气、石油焦粉和重油等。由于各燃料的组成、燃烧特性差异很大，对烟气污染物的形成有重要的影响。对浮法玻璃窑炉用燃料及其烟气污染物排放特性进行有效分析与梳理，对治理烟气污染物技术与方法的列举，可为其烟气污染物治理技术的选择提供参考。

0 引言

玻璃材料作为无机非金属材料中的重要组成部分，有其独特的功能与作用。玻璃工业是促进我国国民经济发展及提高人民生活水平所不可或缺的重要材料工业。玻璃材料的制备要经过高温的熔制与加工过程。在此过程中，需要利用玻璃窑炉所提供的燃料，对玻璃配合料进行加热、熔化。目前，国内外玻璃窑炉所使用的燃料主要以化石类燃料为主，如天然气、发生炉煤气、石油焦粉和重油等。化石燃料燃烧后产生的烟气量巨大，主要污染物为硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和粉尘，对环境污染严重。我国的能源结构总体呈现为多煤炭、少油气的特征，能源消费结构不合理，工业消耗能源占有较大比重。

近年来，我国灰霾等大气环境问题突出，大气污染控制已成为政府与民众关注的焦点。玻璃行业作为我国工业污染控制领域的重点行业之一，据《平板玻璃工业大气污染物排放标准》编制说明，平板玻璃行业年颗粒物排放总量约1.2×10t，SO2约1.6×105t，NOx约1.4×105t，是污染大气环境的主要有害成分，对人类身体健康造成了严重威胁。自“十三五”以来，随着国家与各地区对环保执法力度的不断加强，各地玻璃企业加大了窑炉烟气污染物的治理力度，投资、建设了相关的尾气治理装备，玻璃行业污染物的排放已得到明显改善。

我国玻璃行业中由于燃料的使用种类较多、烟气中排放的污染物浓度、粉尘特性也有着非常大的差异，各企业对燃料的特性与烟气污染特性的认知参差不齐。在《平板玻璃行业大气污染物排放标准》新标准实施之际，玻璃行业污染防治的意识需要进一步加强，技术亟待发展，开展玻璃工业用燃料的特性与玻璃窑炉烟气特性研究，对该行业节能减排技术进步，实现该行业烟气稳定达标排放意义重大。

1、浮法玻璃窑炉燃料种类及其基本性质与配合料的释放特性

1.1 浮法玻璃窑炉燃料种类及其基本性质

平板玻璃熔制过程需要很高的温度且单线产量大，导致平板玻璃行业属于高能耗、高排放行业，其能源消耗占到玻璃生产成本50%以上。据此，选择的燃料品种应具备“高热值、低价格、货源足”的特点。

当前，在我国浮法玻璃窑炉中，主要以天然气、发生炉煤气、石油焦粉和重油为燃料。以上4种燃料在我国浮法玻璃窑炉中使用的占比约为:天然气15%、发生炉煤气35%、石油焦粉35%、重油12%。

天然气为气体燃料，属于洁净环保的优质能源，其特点是成分与发热量都比较稳定，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生的二氧化碳少于其他化石燃料，温室效应较低，且天然气的热值高、燃烧速度快，火焰的覆盖面积大，火根与火稍温差较小，能有效改善环境质量。但由于我国的能源结构特点以及天然气的来源与价格等原因，使得玻璃企业利用天然气受限。

发生炉煤气是在充满固体燃料的竖式煤气发生炉的下部通入空气和水汽的混合物，使之穿过灼热的固体燃料层而制得，主要成分为一氧化碳、氢、氮、二氧化碳等，发生炉煤气为气体燃料，其特点是热值低、毒性大。

石油焦粉是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂过程转化而成的末端产品。石油焦粉属于固体粉末燃料，其主要的元素组成为碳，质量分数为80%以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素。石油焦因其价格低廉，常常用作工业燃料，全球生产的80%左右的石油焦都是高硫、燃料级石油焦。石油焦粉的着火点为850℃左右，着火点温度远高于其他燃料，燃烧速度略慢，因此，其火焰黑芯较长，火焰细长且覆盖面积偏小，火根与火梢温度相差较为明显，都需要在生产过程中加以控制。

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，重油属于液体燃料，燃烧使用时需要进行雾化，其特点是分子量大、黏度高。重油的密度一般为0.82～0.95g/cm3，热值为41868～46055kJ/kg。其成分主要是碳氢化合物，另外，含有部分的硫及微量的无机化合物。

浮法玻璃窑炉中燃料的燃烧均采用外混燃烧技术，即燃料与助燃空气分通道进入到窑炉的火焰空间，在火焰空间中燃料与助燃空气通过扩散、混合并进行燃烧，释放出热量，加热玻璃配合料，促进玻璃熔化。为使燃料与助燃空气能够迅速混合，扩大两者的接触，在浮法玻璃熔窑设计、运行时，需要将燃料与助燃空气的运行方向形成一定的夹角，并各自保持一定的喷出速率，使之在整个熔窑宽度方向上不断混合、燃烧。由于燃料与助燃空气分别以较高的速度喷入火焰空间进行混合燃烧，燃料中所含有的不可燃灰分、被火焰冲击而飞扬起来的粉状配合料，都悬浮、保留在烟气之中，继而形成浮法玻璃熔窑中的烟尘。

1.2 浮法玻璃配合料的释放特性

浮法玻璃配合料是由7种以上的矿物原料、化工原料及碎玻璃所组成的原料混合物。主要包括:砂岩、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉和碎玻璃。其中石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉会在配合料加热过程中产生分解或氧化，同时释放出气体。本文利用德国耐驰公司生产的QMS403型热质联用分析仪对浮法玻璃配合料加热过程中的气体释放进行了测试研究。浮法玻璃配合料的气体释放特性曲线见图1。

图1为某浮法玻璃配合料的TG-DSC图谱和SO2(m/z=64)、CO2(m/z=44)与H2O(m/z=18)的质谱图谱。由图1可以看出，在75～110℃，配合料排除吸附水分，由于纯碱原料中含有非常少量的NaHCO3，其间排出微量CO2；在93.5℃反应最为剧烈；在300℃纯碱与石灰石生成复盐，碳粉开始分解，部分生成CO2；在374℃时，释放速率达到最大，反应式见式(1)。

编辑：李丹